技術資料

コンクリートブロック据付支援システムの開発
平

１．はじめに伴斉＊

山口和哉＊＊

岸寛人＊＊＊

導する機能が必要である。マシンガイダンスとは、GNSSなどの計測技術を用いて、次に施工する位置情報や施積雪寒冷地である北海道の港湾におけるコンクリー工状況などの情報をオペレータに提供し、ブロック据トブロック据付工事（写真－１）は、波浪や海水温の低付をサポートする技術である。

下などの影響により、施工可能期間が短い。

３）③④⑤より、透明度の低い水中での施工状況確認

また、少子高齢化などによる起重機船の船員や潜水従事者の不足、さらにクレーン作業中における潜水士の事故が問題となっている。
このため、施工の効率化・省人化・安全性向上を目的に、GNSS（衛星測位システム）を活用した据付位のため、音響計測技術等を用いた水中の可視化が必要である。
以上より、消波ブロック据付位置をマシンガイダン
スによって誘導し、水中部の施工状況を可視化できるシステムについて検討することとした。

置誘導や、サイドスキャン機能付魚群探知機を活用した水中可視化が可能なコンクリートブロック据付支援システムを開発した。
本稿では、システムの開発経緯、コンクリートブロックの誘導試験、消波ブロック据付作業の水中部可視化試験について述べる。
２．システム開発要件
上記の課題の対応策を検討するため、コンクリートブロック据付作業を行っている潜水士、クレーンオペ

写真－１

消波ブロック据付現場

レータ、現場代理人を対象にヒアリングを行った。結果を以下に示す。
①直轄港湾・漁港工事の消波ブロック据付工事は、乱３．システムの概要積みである。
②水面付近と法尻の位置合わせに時間がかかる。

前述の要件を満たすため、システムの検討を行い、③水中の視界が不良の場合には待機時間の発生もしく

図－１の構成とした。コンクリートブロックの誘導をは作業中止となる。

行うため、GNSS 基準局を設置し、ここからの補正信④水中写真は撮影するが、透明度の低い海域では、施号を受けて、ブームトップに設置されたアンテナ位置工状態の確認ができない。の補正を行い、正確なクレーンブームトップの位置を⑤危険であるため、潜水士は大きなブロックに近づけ決定するものとした。また、ブロックの高さ位置はワない。

イヤーロープを巻き取るドラムなどに取り付けたポテ

この結果をもとに、システム開発要件を以下のとおンショメータの回転数によってワイヤー移動量を求めり整理した。

るものとした。そのときのクレーンジブ角度は、起重

１）①より、消波ブロック据付工事は乱積みであり、機船のジブ角度が変動式のものもあることから、傾斜正積みのような高精度システムは必要ないため、簡易計を用いて自動入力も可能とした。

的なシステムを構築する。
２）②より、マシンガイダンスによってブロックを誘
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水中部可視化装置はサイドスキャン機能付魚群探知機を用いた回転計測トランスデューサーを選定した。
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これは、マルチビームソーナー等の計測機器は、2000万円以上と高額のものがほとんどであるが、魚群探知機（回転計測トランスデューサー含む）は70万円程度と安価であること、コンクリートブロック据付作業中は停船での作業となるため、機械性能として回転機構を有し、半径45m まで水中の様子が可視化できることが選定理由である。
この魚群探知機の信号をビデオ信号として出力して、クレーンオペレータ室の PC に表示するものとした。

図－２

４．２

コンクリートブロックの規格登録画面

配置計画機能配置計画機能は、基点の座標より縦横に任意のブロック設置個数、ブロックの設置間隔、深度などを入力する機能である（図－３）。

図－１

システム系統図
図－３４．システムの機能
システムの主な機能は以下のとおりである。

４．３

配置計画画面コンクリートブロック誘導機能

コンクリートブロックの誘導機能は、ブロック配置
４．１

コンクリートブロック規格登録機能

消波ブロックの縦幅、横幅、高さ、ブロックの名称計画で登録したデータを読み出し、据付誘導を行う機能である（図－４）。などを入力する機能である。これにより、システム上図中央の赤い円が据付目標位置であり、青丸はクレの消波ブロックの大きさを登録できるものとした（図ーンブームトップの現在位置を表している。コンクリ－２）。

ートブロック誘導の画面左下の「一覧から選択」ボタンまたは「マウス選択」ボタンを押して次の誘導ブロックを選択すると、画面左のシステム情報欄にブームトップの現在位置よりどちらの方角へ移動するのかが表示される。
図の表示例ではブームトップ位置（青丸）より↑（北）寒地土木研究所月報№747

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へ1.05m、←（西）へ2.42m 移動した位置が、予定の据付位置であることを示している。また、現在の衛星捕捉数や測位状態も表示しており、位置データ精度を常時確認することができる。
画面右の鉛直表示機能は、ポテンショメータにより得られた信号を深度に換算し表示する。
さらに、コンクリートブロック誘導画面上に水中部可視化装置より送られてきた水中の画像を表示する（図－４中央下）。この画像は画面上の任意の位置に表示が可能で、必要に応じて拡大も出来る。

写真－２５．２

コンクリートブロック誘導試験

鉛直方向精度

鉛直方向は、ポテンショメーターの電圧によって算出する。このポテンショメータにφ150のローラーをセットし、回転角度とローラー径からワイヤー移動量を算出する。例えば、２回転する場合のワイヤー移動量は942mm となる。
図－４ コンクリートブロック誘導画面例

図－５に鉛直方向表示結果例を示す。図中の現在深度は数値が大きいほど深い（低い）位置にあることを表す。

５．コンクリートブロック誘導試験

図の例では地上２m における現在深度の表示が5.16m、地上０m へ降下したときの表示は12.94m となって５．１

試験概要いるが、これはクレーンフックのワイヤーロープが４マシンガイダンスによる誘導機能を検証するため、条掛けとなっているため、ワイヤーの移動量が４倍と陸上においてコンクリートブロック誘導試験を実施しなったものである。故に深度差の１/ ４が実際の鉛直た。本試験では模擬クレーンとしてクレーン付きトラ方向移動量となる。

ックを使用した。
コンクリートブロック（W1000× D1000×H200）を地上２m まで吊り上げ、任意の場所まで誘導後、地上０m まで降下させ、表示される深度（鉛直方向位置）計測の結果、鉛直方向移動量の誤差は３回の平均で0.05m となった（図－６）。
なお、本試験後にシステム改良を行い、ワイヤーロープの掛数を考慮した表示を可能とした。

や水平方向位置を記録し、誤差を算出した。
センサー等の設置方法は以下のとおりとした（写真－２参照）。
・クレーンブーム先端に GNSS 移動局アンテナ、ク５．３

水平方向精度

任意の点にブロックを設置するときの目標位置と実際の設置位置のずれを計測した（表－１）。

レーン第一ブームにポテンショメータ、アウトリガー

東西方向の＋は目標位置の中心より東方向、－は西にオペレータに誘導画面を見せるためのモニターを設を表し、南北方向の＋は目標位置の中心より北、－は置した。

南を表す。３回の計測のうち、東西方向には平均で西・GNSS 基準局を設置し、RTK-GNSS にて計測した。に0.02m、南北方向には北に0.20m の誤差があること

・クレーンブーム角度は30°固定とした。

がわかった。これは消波ブロック乱積み据付作業の誘導に使用可能な精度であると考える。
さらに、クレーンオペレータにヒアリングを行った

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ところ、大まかな移動は、ブロックを見ながら行っているが、最後の位置合わせはシステムの画面を見ながら行っていることがわかった。実際の消波ブロック据付作業現場では、オペレータは目視によって大まかな位置までブロックを移動し、水中の位置合わせは誘導員または潜水士の指示に従って行っている。
これらのことから本システムの誘導機能が実際の据付作業における誘導作業を補完できると考える。さらに、水中の施工状況をクレーンオペレーターが画面上で確認できることにより、効率的な据付が期待される。

図－６

鉛直方向移動量計測誤差６．水中部可視化試験
６．１

試験概要

水中部可視化装置による消波ブロック据付工事の水中部可視化状況を確認するため、実海域で試験を行った。
試験は、北海道開発局小樽開発建設部小樽港湾事務所の協力により、美国漁港の消波ブロック据付現場にて実施した（写真－３）。
据付を行う消波ブロックは、消波ブロック50t 型であり、乱積み施工である。
回転計測トランスデューサーを船側に架装し、船上にてモニタリングした（写真－４）。
回転計測トランスデューサーは、ソーナーヘッドを中心として、最大で半径45m の円を描くように回転しながら、扇状の超音波ビームを発射し、戻ってきた超音波の強弱によって明暗の画像を作る装置である。
計測範囲は任意の回転角度に変更することができる。今回の試験では、起重機船より岸壁側のみ可視化するため、計測範囲を岸壁側の180°とした（図－７）。

図－５コンクリートブロック誘導画面例（上：ブロック位置地上２m、下：ブロック位置地上０m）

表－１

設置位置試験結果㻌 㻌 㻌 㻌 㻌 㻌 㻌 㻌 㻌 㻌 㻌 㻌 㻌 㻌 㻌 㻌 㻌 㻌 㻌 㻌 㻌 㻌 㻌 㻌 㻌 㻌 㻌 㻌 㻌 㻌 㻌 㻌 䠄༢఩䠖䡉䠅㻌

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写真－３
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試験海域・使用船舶・据付作業
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写真－４

水中部可視化装置

図－８

消波ブロックの可視化試験結果（上：消波ブロック据付前、下：消波ブロック据付後）

７．まとめ
図－７

水中部可視化のイメージ

据付位置の誘導及び水中部の可視化が可能なコンク
リートブロック据付支援システムを開発し、試験を行った結果、以下のことがわかった。

６．２

可視化試験結果

水中部可視化装置を用いて、消波ブロック据付作業中の状況を計測した結果を図－８に示す。
中央上部の１）陸上におけるコンクリートブロック誘導試験において、本システムを用いた場合の設置目標地点と実際の設置位置のずれは、水平方向で最大0.2m 程度、マークが回転計測トランスデューサ鉛直方向で最大0.05m 程度であった。これは消波ブーのソーナーヘッド位置である。そこを中心に伸びてロック乱積み据付作業の誘導に使用可能な精度であいる白い線が水中を走査している超音波ビームを表しる。ている。受信した超音波が強い部分は明るく、弱い部分は暗く表示される。
図－８上は消波ブロック据付前であり、赤枠の位置

２）画像の見方に慣れが必要ではあるが、水中部可視化装置を用いることにより水中部の施工状況確認が可能である。にブロックはないが、図－８下のブロック据付後では今後、起重機船に架装し、作業効率などを検証するブロックが確認できる。ただし、波浪や船体の荷重移必要があるが、本システムを使用し、潜水士によって動などによってソーナーが動揺したため、画像が若干行われている水中施工状況確認を補助あるいは代替す引き延ばされて見える。

ることで、作業の負担軽減や安全性向上が図られる。

現状の誘導員による作業では、クレーンオペレータ

また、水中部の可視化データが保管できるようにな

は、ブロックを水中に投下するまでしか確認できていることで、監督員が水中施工状況を確認するなど、水ないが、本システムを使用することにより水中の様子中施工状況の施工管理にも寄与できる。

を確認できる。
以上より、画像の見方に慣れが必要ではあるが、水参考文献

中部可視化装置を用いることにより水中部の施工状況確認が可能である。

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１）海洋音響学会：海洋音響の基礎と応用 .

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平

伴斉＊

山口和哉＊＊TAIRA Tomonari

YAMAGUCHI Kazuya

寒地土木研究所
寒地技術推進室
道北支所
研究員

寒地土木研究所
寒地技術推進室
寒地機械技術チーム
主任研究員

寒地土木研究所月報№747

2015年８月 

岸寛人＊＊＊KISHI Norito

寒地土木研究所
寒地技術推進室
寒地機械技術チーム
研究員

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